一種耐海洋大氣腐蝕鋼用鈦型氣保護藥芯焊絲的製作方法

2023-06-19 05:59:06 3

本發明屬於焊接材料領域，尤其是涉及一種耐腐蝕鋼用氣保護藥芯焊絲。

背景技術：

免塗裝耐候鋼橋具有環保、維護成本低、全壽命周期長的綜合優勢。發達國家耐候鋼橋梁發展較早，美國耐候鋼橋佔鋼橋總數已超過50％；加拿大有約90％左右的鋼橋均採用耐候鋼，日本耐候鋼橋的比例也達到20％左右。而我國耐候鋼橋的工程實際應用剛剛起步。

耐腐蝕性指數(i)，是鋼材處於常規工業大氣環境中的耐腐蝕性能指數。而我國主要經濟發達城市均在沿海地區，僅僅滿足於耐腐蝕性指數(i)的藥芯焊絲已不能滿足要求。所以，在海洋性大氣環境下，耐候鋼橋梁的耐海洋大氣腐蝕性能更為重要，也需要用一種新的耐侯性合計指數(v)來評價其耐腐蝕性。

技術實現要素：

有鑑於此，本發明旨在提出一種耐海洋大氣腐蝕鋼用鈦型氣保護藥芯焊絲，以達到耐海洋大氣腐蝕的效果，免除塗裝工序。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

一種耐海洋大氣腐蝕鋼用鈦型氣保護藥芯焊絲，包括藥芯和外皮；

所述藥芯包括如下重量份數的組分，金紅石250-550、石英10-50份、氟化鈉5-40份﹑氟化稀土1-10份、鉀鈉穩弧劑15-60份、矽錳合金50-150份、金屬錳10-50份、鎂粉20-60份、鎳粉130-330份、鉬粉2-20份、銅粉10-60份、鈦鐵10-60份，鐵粉100-250份。

優選的，所述藥芯包括如下重量分數的組分，金紅石300-500份、石英12-30份、氟化鈉15-30份﹑氟化稀土5-9份、鉀鈉穩弧劑20-45份、矽錳合金78-120份、金屬錳18-42份、鎂粉30-60份、鎳粉130-330份、鉬粉2-18份、銅粉15-60份、鈦鐵20-50份，鐵粉120-230份。

優選的，所述熔敷金屬成分含量滿足耐侯性合計指數v≥1.6，其中

v＝1/{(1.0-0.16[c])×(1.05-0.05[si])×(1.04-0.016[mn])

×(1.0-0.5[p])×(1.0+1.9[s])×(1.0-0.10[cu])

×(1.0-0.12[ni])×(1.0-0.3[mo])×(1.0-1.7[ti])}；

其中[c]、[si]、[mn]、[p]、[s]、[cu]、[ni]、[mo]和[ti]分別代表c、si、mn、p、s、cu、ni、mo和ti的熔敷金屬含量百分比。

優選的，所述金紅石中tio2的純度為≥95％；石英中sio2的質量分數為≥98％。

優選的，鎳粉中含有鎳的質量分數≥99.5％；鉬粉中含有鉬的質量分數≥99.5％；銅粉中含有銅的質量分數≥99.5％。

優選的，所述藥芯佔焊絲總質量的12-20％。

優選的，所述外皮以spcc-sd冷軋低碳鋼鋼帶為原料。

優選的，一種評價耐海洋大氣腐蝕鋼用鈦型氣保護藥芯焊絲性能的方法，採用耐候性合計指數作為衡量指標。

下面是關於組成本發明中藥粉中各組分的作用及含量範圍的說明。

金紅石：本發明中採用的金紅石中tio2含量≥95％。在本發明中主要起造渣劑的作用，隨著金紅石含量的增加，增加焊渣的粘稠度，使焊絲能進行全位置焊接，而且藥芯焊絲的脫渣性逐漸改善；但增加到一定程度後，熔渣的流動性變差。

石英：本發明中採用的石英中sio2含量≥98％。在本發明中起造渣劑的作用，提高熔渣的粘性，從而改善立向上焊接工藝性。

氟化稀土：其中的氟具有脫氫的作用，但是含量過高時，飛濺現象會較為明顯；其中的稀土元素具有細化晶粒從而提高衝擊韌性作用，但是加入量過高會使溶滴過渡變慢，從而影響焊接工藝性。

鎳粉：鎳是保證熔敷金屬耐腐蝕性能的主要合金元素。鎳可以降低焊縫金屬的韌脆轉變溫度，在一定條件下，隨著鎳的增加，強度有一定的提高，低溫衝擊韌性有明顯的改善，同時鎳對酸鹼有較高的耐腐蝕能力，在高溫下有防鏽和耐熱能力；鎳含量增加對耐候性合計指數增加效果明顯，可有效提高鋼板耐腐蝕能力，但是ni含量過高，會增大熔敷金屬的熱裂紋傾向。

銅粉：銅能提高熔敷金屬的耐大氣腐蝕性能，缺點是在熱加工時容易產生熱脆；銅也是耐候性合金指數中的主要元素，對提高鋼板的耐腐蝕性效果明顯。

鉬粉：鉬可以提高熔敷金屬的耐蝕性，特別是耐海洋性氣候的腐蝕；也可以細化晶粒，提高強度、淬透性；但是鉬的含量過高會使韌性惡化。

矽錳合金：主要脫氧劑，可降低焊縫金屬的氧含量。其加入量過少時，脫氧變差，衝擊韌性變差；加入量過高時，則強度過高，衝擊韌性降低。

相對於現有技術，本發明所述的一種耐海洋大氣腐蝕鋼用鈦型氣保護藥芯焊絲具有以下優勢：

藥芯焊絲熔敷金屬抗拉強度≥500mpa，屈服強度≥400mpa，延伸率≥22％，-40℃衝擊韌性≥80j，熔敷金屬擴散氫含量≤5ml/100g；

耐侯性合計指數v≥1.6；

不光具有良好的抗裂性能，而且耐海洋大氣腐蝕，使耐海洋大氣腐蝕橋梁可以免除塗裝工序，具有環保優勢；

還可以減少定期維護費用，綜合成本低。

具體實施方式

需要說明的是，在不衝突的情況下，本發明中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。

除有定義外，以下實施例中所用的技術術語具有與本發明創造所屬領域技術人員普遍理解的相同含義。以下實施例中所用的試驗試劑，如無特殊說明，均為常規生化試劑；所述實驗方法，如無特殊說明，均為常規方法。

本發明所述一種耐海洋大氣腐蝕鋼用鈦型氣保護藥芯焊絲，以spcc-sd冷軋低碳鋼鋼帶為焊絲外皮，採用常規藥芯過渡合金方式和通用的藥粉規格及藥芯焊絲生產工藝製造。

鎳粉中含有鎳的質量分數≥99.5％；鉬粉中含有鉬的質量分數≥99.5％；銅粉中含有銅的質量分數≥99.5％。

實施例1

一種耐海洋大氣腐蝕鋼用鈦型氣保護藥芯焊絲，包括藥芯和外皮；所述藥芯佔焊絲總質量的19.1％。

所述藥芯重量份數的組分，金紅石287份、石英15份、氟化鈉9份﹑氟化稀土2份、鉀鈉穩弧劑20份、矽錳合金62份、金屬錳15份、鎂粉25份、鎳粉140份、鉬粉4份、銅粉22份、鈦鐵16份、鐵粉230份。

實驗結果：

抗拉強度(rm):580mpa；屈服強度：490mpa；延伸率(a％):27.0％；衝擊韌性(試驗溫度-40℃、kv2)：138j；熔敷金屬擴散氫含量:4.4ml/100g；耐侯性合金指數v:1.86。

實施例2

一種耐海洋大氣腐蝕鋼用鈦型氣保護藥芯焊絲，包括藥芯和外皮，所述藥芯佔焊絲總質量的17.0％；

所述藥芯重量份數的組分，金紅石360份、石英25份、氟化鈉18份﹑氟化稀土4份、鉀鈉穩弧劑32份、矽錳合金87份、金屬錳25份、鎂粉35份、鎳粉200份、鉬粉8份、銅粉29份、鈦鐵29份、鐵粉194份。

實驗結果：

抗拉強度(rm):601mpa；屈服強度：515mpa；延伸率(a％):25.5％；衝擊韌性(試驗溫度-40℃、kv2)：131j；熔敷金屬擴散氫含量:4.1ml/100g；耐侯性合金指數v:1.81。

實施例3

一種耐海洋大氣腐蝕鋼用鈦型氣保護藥芯焊絲，包括藥芯和外皮，所述藥芯佔焊絲總質量的15.1％；

所述藥芯重量份數的組分，金紅石438份、石英35份、氟化鈉27份﹑氟化稀土7份、鉀鈉穩弧劑43份、矽錳合金112份、金屬錳35份、鎂粉45份、鎳粉250份、鉬粉9份、銅粉41份、鈦鐵41份、鐵粉156份。

實驗結果：

抗拉強度(rm):589mpa；屈服強度：507mpa；延伸率(a％):26.5％；衝擊韌性(試驗溫度-40℃、kv2)：145j；熔敷金屬擴散氫含量:3.7ml/100g；耐侯性合金指數v:1.75。

實施例4

一種耐海洋大氣腐蝕鋼用鈦型氣保護藥芯焊絲，包括藥芯和外皮，所述藥芯佔焊絲總質量的12.9％；

所述藥芯重量份數的組分，金紅石512份、石英45份、氟化鈉36份﹑氟化稀土9份、鉀鈉穩弧劑54份、矽錳合金138份、金屬錳45份、鎂粉55份、鎳粉310份、鉬粉15份、銅粉54份、鈦鐵55份、鐵粉119份。

實驗結果：

抗拉強度(rm):599mpa；屈服強度：513mpa；延伸率(a％):25.0％；衝擊韌性(試驗溫度-40℃、kv2)：126j；熔敷金屬擴散氫含量:4.0ml/100g；耐侯性合金指數v:1.67。

性能驗證試驗：模擬大氣環境下母材以及焊材電偶腐蝕研究

1試驗

(1)電化學試驗裝置

電化學試驗裝置採用三電極體系。工作電極(即研究電極)為待測試樣，工作面積為1cm2；參比電極為飽和甘汞電極；輔助電極為鉑絲網。

(2)電解液及環境條件

試驗溫度：25℃±1℃。

試驗條件：模擬海洋大氣環境，0.5％nacl溶液；

模擬工業大氣環境，0.01mol/lnahso3溶液。

(3)儀器設備

設備為美國eg&g公司生產的m398電化學測試系統。

(4)試樣

試樣為鞍鋼生產的3ni耐候橋梁鋼以三種焊材，試樣標號如下：

1#：母材鞍鋼3ni橋梁鋼

2#：本發明耐海洋大氣腐蝕鋼用鈦型氣保護藥芯焊絲

2試驗結構及討論

表1試驗鋼穩定後的自腐蝕電位/v

在腐蝕環境下，兩種金屬組成電偶對時，電位高者作為陰極，電位低者作為陽極。電偶腐蝕的推動力是在連續的介質中兩種金屬的腐蝕電位差，電位差較大的兩種金屬組成電偶對時，陽極金屬受到的腐蝕會較嚴重。必須由不同金屬組成構件時，應儘量選擇電位接近的材料相組合，設計上應避免選用大陰極小陽極的結構件，關鍵零件或零件面積較小時，應採用陰極材料製作。通常結構件設計為陽極面積大於陰極面積，大陽極小陰極時，電位差控制在小於100mv；小陽極大陰極時電位差應控制在10mv以下，並且越小越好。焊接材料的電位要比基體金屬的電位高，一般至少要高5mv以上。

本次試驗中母材和本發明的焊接材料試驗鋼穩定後的自腐蝕電位數值見表1，模擬海洋大氣環境下，本發明的焊接材料的電位高於母材，2#和1#的電位差為17mv，本發明的焊接材料滿足要求，可作為耐海洋腐蝕鋼用焊接材料。

模擬工業大氣環境下，2#材料的電位高於母材，2#和1#的電位差為7mv，在模擬工業大氣環境下，2#焊接材料較好，滿足要求，可作為耐大氣腐蝕鋼用焊接材料。

綜上所述，本發明採用的耐海洋大氣腐蝕鋼用鈦型氣保護藥芯焊絲既滿足海洋大氣腐蝕性用鋼要求，也滿足工業大氣腐蝕性用鋼要求，可配套耐海洋大氣腐蝕鋼(3ni)用於耐海洋大氣腐蝕橋梁建設中。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明圍之內。